Untersuchung der zulässigen Wandunterkühlung für die Eisbreiherstellung ohne schabende Elemente

 

Projektinhalt

Es soll ein Eisbreierzeuger ohne bewegte Teile entwickelt werden. Die Basis für diesen neuartigen Eisbreierzeuger ist die passende Kombination aus Zusatzstoffgehalt, Eisanteil, Strömungsform, Wärmeübertrageroberfläche und Temperaturdifferenz zwischen Wärmeübertrageroberfläche und Eisbrei, mit der es nicht zur Eisbildung bzw. Eisanhaftung an der kalten Wärmeübertrageroberfläche kommt. Diese soll somit dauerhaft frei von Eis bleiben. Auf ein schabendes Element, wie es heute in den meisten Eisbreierzeugern eingesetzt wird, soll damit verzichtet werden können. Durch das Weglassen des Schabers könnten Investitions- und Betriebskosten in der Eisbreierzeugung reduziert werden.

Ein Schema des zu entwickelnden Eisbreierzeugers mit verschiedenen Einsatzgebieten von Eisbrei ist in Abbildung 1 dargestellt. Bereiche, deren Einsatz einen geschlossenen Kreislauf erlauben, sind auf der waagrechten Achse dargestellt, Einsatzgebiete mit offenem Kreislauf auf der senkrechten Achse.

Das Prinzip des Eisbreierzeugers basiert auf der dauerhaften Anwesenheit von Eispartikeln oder anderen geeigneten Eiskeimen im System. Das Eisbreierzeugungssystem hat einen Tank in dem sich zu jeder Zeit Eisbrei befindet. Der Eisanteil im Eisbrei reduziert sich durch dessen Anwendung. In geschlossenen Systemen wird aus dem Tank Eisbrei entnommen und nach der Anwendung mit reduziertem Eisgehalt in den Tank zurückgeführt. In offenen Systemen wird der aus dem Tank entnommene Eisbrei nach der Anwendung entsorgt. Wird ein gewisser Eisanteil im Vorratstank unterschritten, wird der Eisbrei parallel zur Anwendung über einen Eisbreierzeuger geleitet. In offenen Systemen wird dem Eisbrei Flüssigkeit bestehend aus Frischwasser und Zusatzstoff (hier Ethanol) beigemischt. Im Eisbreierzeuger wachsen die vorhandenen Eispartikel durch Wärmeentzug. Dadurch wird der Eisanteil erhöht. Es ist davon auszugehen, dass sekundäre Keimbildung durch die vorhandenen Eiskristalle, z.B. durch Abrieb in der Pumpe oder im gerührten Speicherbehälter, vorkommt. Dadurch entstehen neue Eiskeime. Diese Keime wachsen. Dadurch wird die Anzahl der Eiskristalle im System erhöht und der Eisanteil steigt. Die Temperaturdifferenz zwischen Wärmeübertrageroberfläche und Eisbrei wird dabei so hoch eingestellt, dass bei vorgegebener Wärmeübertragungsfläche die abzuführende Wärme entzogen werden kann, dass aber die vorhandenen Eispartikel nicht an der gekühlten Oberfläche anhaften und damit keine Keimbildung an der Wärmeübertrageroberfläche auftritt. Diese Temperaturdifferenz ist geringer zu wählen als die in den hier vorgestellten Versuchen ermittelte zulässige Wandunterkühlung, bei der die Wärmeübertrageroberfläche dauerhaft eisfrei bleibt.

Es werden Untersuchungen durchgeführt, um die zulässige Wandunterkühlung unter Einfluss verschiedener Parameter zu ermitteln. Dabei wird der Einfluss verschiedener Zusatzstoffe und deren Gehalte, verschiedener Eisanteile, Strömungsbedingungen und Wärmeübertrageroberflächen analysiert.